用于控制热力发动机系统的加压装置的入口处的工作流体的压力的系统和方法制造方法及图纸

提供用于控制热力发动机系统的主加压装置的入口处的工作流体的压力的系统和方法。所述热力发动机系统可以包含控制系统和工作流体回路，所述工作流体回路包含废热交换器、膨胀装置、同流换热器、主加压装置以及热交换器组件。所述热交换器组件可以包含：多个气冷式热交换器，所述气冷式热交换器被构造成将热能从所述工作流体传递至冷却介质；多个风扇，所述风扇被构造成引导所述冷却介质与所述气冷式热交换器接触；以及多个驱动器，每个驱动器被构造成驱动相应的风扇。所述控制系统可以通信地联接至所述热交换器组件，并且被构造成调整至少一个风扇的旋转速度以调节所述入口处的所述工作流体的压力。

System and method for controlling the pressure of the working fluid at the inlet of the pressurization device of the thermal engine system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制热力发动机系统的加压装置的入口处的工作流体的压力的系统和方法
本申请要求于2018年5月24日提交的美国专利技术申请第15/988,023号以及于2017年5月26日提交的美国临时申请第62/511,806号的权益。这些申请在与本申请一致的范围内通过引用全文并入本文中。
技术介绍
废热通常作为工业过程的副产品产生，其中流动的高温液体流、气体流或流体流必须被排放至环境中或以某种方式移除，以维持工业处理设备的运行温度。某些工业过程利用热交换器装置来捕获废热并且经由其它处理流使废热再循环返回至工业过程中。然而，利用高温或没有足够的质量流量或具有其它不利条件的工业过程通常不能实现废热的捕获和再循环。可以通过采用热力学方法(比如朗肯(Rankine)循环和布里顿(Brayton)循环)的各种涡轮发电机或热力发动机系统将废热转化成有用的能量。朗肯循环、布里顿循环以及类似的热力学方法通常为基于蒸汽的过程，其回收并利用废热来生成蒸汽以驱动涡轮、涡轮机或连接至发电机泵或其它装置的其它膨胀机。在传统的朗肯循环期间，有机朗肯循环利用较低沸点的工作流体代替水。示例性的较低沸点的工作流体包含烃，比如轻烃(例如，丙烷或丁烷)以及卤代烃，比如氢氯氟烃(HCFC)或氢氟烃(HFC)(例如，R245fa)。最近，鉴于较低沸点的工作流体存在的比如热不稳定性、毒性、可燃性以及生产成本的问题，已经对一些热力学循环进行修改以使比如氨的非-烃工作流体循环。通常，在将废热转化成有用的能量的热力发动机系统中，其中所利用的经过加热的工作流体在膨胀装置中膨胀，并且所述膨胀装置可以将热能转化成机械能。经过膨胀的工作流体可以在进入热力发动机系统的主压缩机之前在冷凝器中冷却。本领域技术人员将理解的是，主压缩机的入口处的工作流体的压力可能影响热力发动机系统的性能和运行。因此，一种控制主压缩机的入口处的工作流体的压力的这样的方法提供对泵以及包含另外的工作流体的储存罐的使用。来自储存罐的另外的工作流体可以经由泵供应至热力发动机系统，以根据需要增加主压缩机的入口处的工作流体的压力。然而，这样的方法虽然有效，但是根据热力发动机系统的所分配的空间以及储存罐的盛装足够的另外的工作流体以充分地控制主压缩机的入口处的工作流体的压力所需的尺寸可能是不切实际的。进一步，这样的方法需要高扬程、高流量的泵，这增加起动所需的复杂性和时间，并且还增加热力发动机系统的运行成本和维护。因此，需要用于控制热力发动机系统的主压缩机或泵的入口处的工作流体的压力的系统和方法，所述系统和方法减少热力发动机系统的占地面积并且使将热能转换成机械能和/或电能的效率最大化。
技术实现思路
本公开的实施例可以提供一种热力发动机系统。所述热力发动机系统可以包含控制系统以及被构造成使工作流体流动通过其中的工作流体回路。所述工作流体回路可以包含废热交换器、膨胀装置、同流换热器、主加压装置以及热交换器组件。所述废热交换器可以被构造成与热源流流体连通并且热连通，并且将热能从所述热源流传递至所述工作流体。所述膨胀装置可以设置于所述废热交换器的下游并且与所述废热交换器流体连通，并且被构造成将所述工作流体中的压降转化成机械能。所述同流换热器可以设置于所述废热交换器的上游并且与所述废热交换器流体连通，并且可以设置于所述膨胀装置的下游并且与所述膨胀装置流体连通。所述主加压装置可以设置于所述同流换热器的上游并且与所述同流换热器流体连通，并且被构造成对所述工作流体回路内的所述工作流体进行加压以及使所述工作流体在所述工作流体回路内循环。所述热交换器组件可以设置于所述主加压装置的上游并且与所述主加压装置流体连通，并且可以设置于所述同流换热器的下游并且与所述同流换热器流体连通。所述热交换器组件可以包含多个气冷式热交换器、多个风扇以及多个驱动器。所述多个气冷式热交换器可以被构造成将热能从所述工作流体传递至冷却介质。所述多个风扇可以被构造成引导所述冷却介质与所述多个气冷式热交换器接触。所述多个驱动器中的每个驱动器可以被构造成驱动所述多个风扇中的相应的风扇。所述控制系统可以通信地联接至所述热交换器组件，并且被构造成调整所述多个风扇中的至少一个风扇的旋转速度以控制所述主加压装置的入口处的工作流体的压力。本公开的实施例可以进一步提供一种热力发动机系统。所述热力发动机系统可以包含主控制器和被构造成使工作流体流动通过其中的工作流体回路。所述工作流体可以在所述工作流体回路的不同的位置中包含处于亚临界状态和超临界状态中的二氧化碳。所述工作流体回路可以包含废热交换器、膨胀装置、同流换热器、主加压装置以及热交换器组件。所述废热交换器可以被构造成与热源流流体连通并且热连通，并且将热能从所述热源流传递至所述工作流体。所述膨胀装置可以设置于所述废热交换器的下游并且与所述废热交换器流体连通，并且被构造成将所述工作流体中的压降转化成机械能。所述同流换热器可以设置于所述废热交换器的上游并且与所述废热交换器流体连通，并且可以设置于所述膨胀装置的下游并且与所述膨胀装置流体连通。所述主加压装置可以设置于所述同流换热器的上游并且与所述同流换热器流体连通，并且被构造成对所述工作流体回路内的工作流体进行加压以及使所述工作流体在所述工作流体回路内循环。所述热交换器组件可以设置于所述主加压装置的上游并且与所述主加压装置流体连通，并且可以设置于所述同流换热器的下游并且与所述同流换热器流体连通。所述热交换器组件可以包含入口歧管、出口歧管、多个气冷式热交换器、多个风扇、多个驱动器以及多个驱动器控制器。所述入口歧管可以与所述同流换热器流体连通，并且所述出口歧管可以与所述主加压装置流体连通。所述多个气冷式热交换器可以流体地连接至所述入口歧管和所述出口歧管并且彼此并行地布置。所述多个气冷式热交换器还可以被构造成将热能从所述工作流体传递至包含空气的冷却介质。所述多个风扇可以被构造成引导所述冷却介质与所述多个气冷式热交换器接触。所述多个驱动器中的每个驱动器可以被构造成驱动所述多个风扇中的相应的风扇。所述多个驱动器控制器中的每个驱动器控制器可以操作地联接至相应的驱动器并且被构造成调整所述相应的风扇的旋转速度。所述主控制器可以通信地联接至所述多个驱动器控制器和至少一个传感器，所述至少一个传感器被构造成检测所述主加压装置的入口处的工作流体的压力。所述主控制器还可以被构造成调整所述风扇中的一个或多个风扇的旋转速度，以响应于所检测到的压力控制所述主加压装置的入口处的工作流体的压力。本公开的实施例可以进一步提供一种用于控制热力发动机系统的主加压装置的入口处的工作流体的压力的方法。所述方法可以包含经由所述主加压装置使所述工作流体在热力发动机系统的工作流体回路中循环。所述方法还可以包含在所述工作流体回路的废热交换器中将热能从热源流传递至所述工作流体。所述方法可以进一步包含在与所述废热交换器流体连通的膨胀装置中使所述工作流体膨胀。所述方法还可以包含经由一个或多个传感器检测所述工作流体回路的主加压装置的入口处的工作流体的压力。所述方法可以进一步包含调整至少一个风扇的旋转速度，所述至少一个风扇被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热力发动机系统，包括：/n被构造成使工作流体流动通过其中的工作流体回路，所述工作流体回路包括：/n废热交换器，所述废热交换器被构造成与热源流流体连通并且热连通，并且将热能从所述热源流传递至所述工作流体；/n膨胀装置，所述膨胀装置设置于所述废热交换器的下游并且与所述废热交换器流体连通，并且该膨胀装置被构造成将所述工作流体中的压降转换成机械能；/n同流换热器，所述同流换热器设置于所述废热交换器的上游并且与所述废热交换器流体连通，并且该同流换热器设置于所述膨胀装置的下游并且与所述膨胀装置流体连通；/n主加压装置，所述主加压装置设置于所述同流换热器的上游并且与所述同流换热器流体连通，并且该主加压装置被构造成对所述工作流体回路内的工作流体进行加压以及使所述工作流体在所述工作流体回路内循环；以及/n热交换器组件，所述热交换器组件设置于所述主加压装置的上游并且与所述主加压装置流体连通，并且该热交换器组件设置于所述同流换热器的下游并且与所述同流换热器流体连通，所述热交换器组件包括：/n多个气冷式热交换器，所述气冷式热交换器被构造成将热能从所述工作流体传递至冷却介质；/n多个风扇，所述风扇被构造成引导所述冷却介质与所述多个气冷式热交换器接触；以及/n多个驱动器，每个驱动器被构造成驱动所述多个风扇中的相应的风扇；以及/n控制系统，所述控制系统通信地联接至所述热交换器组件，并且该控制系统被构造成调整所述多个风扇中的至少一个风扇的旋转速度，以调节所述主加压装置的入口处的所述工作流体的压力。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170526 US 62/511,8061.一种热力发动机系统，包括：
被构造成使工作流体流动通过其中的工作流体回路，所述工作流体回路包括：
废热交换器，所述废热交换器被构造成与热源流流体连通并且热连通，并且将热能从所述热源流传递至所述工作流体；
膨胀装置，所述膨胀装置设置于所述废热交换器的下游并且与所述废热交换器流体连通，并且该膨胀装置被构造成将所述工作流体中的压降转换成机械能；
同流换热器，所述同流换热器设置于所述废热交换器的上游并且与所述废热交换器流体连通，并且该同流换热器设置于所述膨胀装置的下游并且与所述膨胀装置流体连通；
主加压装置，所述主加压装置设置于所述同流换热器的上游并且与所述同流换热器流体连通，并且该主加压装置被构造成对所述工作流体回路内的工作流体进行加压以及使所述工作流体在所述工作流体回路内循环；以及
热交换器组件，所述热交换器组件设置于所述主加压装置的上游并且与所述主加压装置流体连通，并且该热交换器组件设置于所述同流换热器的下游并且与所述同流换热器流体连通，所述热交换器组件包括：
多个气冷式热交换器，所述气冷式热交换器被构造成将热能从所述工作流体传递至冷却介质；
多个风扇，所述风扇被构造成引导所述冷却介质与所述多个气冷式热交换器接触；以及
多个驱动器，每个驱动器被构造成驱动所述多个风扇中的相应的风扇；以及
控制系统，所述控制系统通信地联接至所述热交换器组件，并且该控制系统被构造成调整所述多个风扇中的至少一个风扇的旋转速度，以调节所述主加压装置的入口处的所述工作流体的压力。


2.根据权利要求1所述的热力发动机系统，其特征在于，所述热交换器组件进一步包括多个驱动器控制器，每个驱动器控制器操作地联接至相应的驱动器并且被构造成调整由所述相应的驱动器所驱动的相应的风扇的旋转速度。


3.根据权利要求2所述的热力发动机系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括主控制器，所述主控制器通信地联接至所述驱动器控制器中的每一个，并且所述主控制器被构造成向至少一个控制器传输一个或多个指令以调整相应的风扇的旋转速度，以便调节所述主加压装置的入口处的所述工作流体的压力。


4.根据权利要求3所述的热力发动机系统，其特征在于，每个驱动器控制器为变频驱动装置。


5.根据权利要求3所述的热力发动机系统，其特征在于，每个驱动器控制器为能定位于第一状态和第二状态中的开关，其中，所述开关在定位于所述第一状态中时使相应的驱动器通电，并且所述开关在定位于所述第二状态中时使相应的驱动器断电。


6.根据权利要求5所述的热力发动机系统，其特征在于，所述热交换器组件进一步包括多个阀，所述多个阀通信地联接至所述主控制器并且设置于所述气冷式热交换器中的每一个的上游和下游，所述多个阀被构造成选择性地使所述气冷式热交换器中的一个或多个与所述工作流体回路的剩余部分隔离，以便调节所述主加压装置的入口处的所述工作流体的压力。


7.根据权利要求3所述的热力发动机系统，其特征在于，所述控制系统进一步包括至少一个传感器，所述传感器通信地联接至所述主控制器并且被构造成检测所述主加压装置的入口处的所述工作流体的压力。


8.根据权利要求1所述的热力发动机系统，其特征在于，所述工作流体回路进一步包括制冷系统，所述制冷系统设置于所述主加压装置的上游并且与所述主加压装置流体连通，并且设置于所述热交换器组件的下游并且与所述热交换器组件流体连通，所述制冷系统包括辅助热交换器，所述辅助热交换器被构造成与制冷剂流流体连通并且热连通，并且将热能从所述工作流体传递至所述制冷剂流以便调节所述主加压装置的入口处的所述工作流体的压力。


9.根据权利要求8所述的热力发动机系统，其特征在于，所述热交换器组件被进一步构造成在所述热力发动机系统不工作的时间段期间将至少一部分所述工作流体储存于该热交换器组件中。


10.根据权利要求1所述的热力发动机系统，其特征在于，所述热交换器组件进一步包括加热系统，所述加热系统被构造成与热源流体连通并且热连通，并且将热能从所述热源传递至所述工作流体以便调节所述主加压装置的入口处的所述工作流体的压力。


11.根据权利要求1所述的热力发动机系统，其特征在于，所述气冷式热交换器中的每一个为翅片式风扇热交换器，并且所述冷却介质包括空气。


12.根据权利要求1所述的热力发动机系统，其特征在于，所述工作流体在所述工作流体回路的不同位置中包括处于亚临界状态和超临界状态中的二氧化碳。


13.一种热力发动机系统，包括：
被构造成使工作流体流动通过其中的工作流体回路，所述工作流体在所述工作流体回路的不同位置中包括处于亚临界状态和超临界状态中的二氧化碳，所述工作流体回路包括：
废热交换器，所述废热交换器被构造成与热源流流体连通并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·K·阿瓦但努拉，T·J·赫尔德，J·D·米勒，K·L·哈特，
申请(专利权)人：艾克竣电力系统股份有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US